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Systematik und Qualitative Untersuchung Capillaraktiver Substanzen PDF

84 Pages·1950·4.115 MB·German
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ISBN 978-3-662-13069-8 ISBN 978-3-662-13068-1 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-13068-1 Aus dem Untersuchungslaboratorium der BASF Ludwigshafen a. Rh. Systematik und qualitative Untersuchung capillaraktiver Substanzen*. Von BERNHARD WlJRZSCHlUI'l"l'. Herrn Dr. ÜTTO AMBROS, Ludwigshafen, zugeeignet. Mit 1 Textabbildung. (Eingegangen am 24. November 1949.) Nicht nur die Zahl der als Textilhilfsmittel vorgeschlagenen, sondern auch die der in der Praxis gebrauchten Produkte ist bereits eine sehr große geworden 1. Es ist deshalb nicht verwunderlich, daß man immer wieder den Wunsch nach einem einfachen und raschen qualitativen Analysen gang für sie hört. Auch der Analytiker, dem alle Hilfsmittel eines moder nsn Industrielaboratoriums zur Verfügung stehen und der bis jetzt im allgemeinen die quantitative Bestimmung vorzog, kommt neuerdings manchmal in die Lage, sich ganz schnell über die Natur eines fremden Produktes orientieren zu müssen. Außerdem kann er sich oft den quan titativen Untersuchungsgang sehr vereinfachen, wenn er schon die Kör perklasse bzw. die Körperklassen kennt, denen das Untersuchungsobjekt angehört. Neuerdings gewinnen auch Mischungen verschiedener capillar aktiver Substanzen immer mehr an Bedeutung. Ihre quantitative Trennung bzw. Bestimmung nebeneinander ist noch nicht in allen Fällen möglich, z. B. bei Gemischen aus "Nekaien" und "Mersolaten". Deswegen haben wir es unternommen, einmal zu untersuchen, wieweit man mit rein qualitativen Prüfungen in diesem Falle kommen kann. Es war uns dabei von vornherein klar, daß es zwar wahrscheinlich möglich sein wird, die einzelnen, genau definierten Produkte, die in technischer Reinheit, * Vortrag gehalten auf der Tagung der Deutschen Gesellschaft für Fettwissen schaft in MünsterjWestf. am 9. September 1949 und vor dem Arbeitsausschuß VI dieser Gesellschaft in Rothenburg o.jT. am 24. November 1949. 1 Vgl. J. H~;TzER, Textilhilfsmitteltabellen, 2. Auf!. Berlin: Springer 1938.- L. DISERENS, Keueste Fortschritte und Verfahren in der chemischen Technologie der Textilfasern, Bd. I Basel: Birkhäuser 1941. - J. W. McCuTcHEoN, Synthetie Detergellts, Chem. Inds. 61, 811 (1947). - C'HWALA, A.: Textilhilfsmittel. Wien: Springer 1939. Z. anal. (,h~m. nd. 1:10. 8 106 BERNHARD WURZSCHMITT: also nur mit den bei ihrer Herstellung nicht vermeidbaren Begleitstoffen zusammen vorliegen, zu identifizieren, daß aber bei Gemischen sehr große Schwierigkeiten auftreten würden. Trotzdem haben wir versucht auch dieses Problem zu lösen, weil sonst die qualitative Untersuchung von vornherein ziemlich an Wert verlieren würde. Zur Lösung dieser Aufgabe liegen bereits einige Vorschläge vor. A. BORANES 1 schlug folgenden Gang vor: "Die Substanz wird in heißem Wa.sser gelöst und die Lösung verdünnt - zur Vermeidung der Ausscheidung von CaSO, aus etwa im Waschmittel vorhandenem Na.SO, bei der Fällung der Seifen. - Alka lische R+ea ktion B beweist die Gegenwart von Seifen, welche durch 1% ige Ca-Acetat lösung etwas konz. Essigsäure ausgeschieden werden. Sind sulfonierte Alkohole oder Igepon vorhanden, 80 wird Emulsionsbildung durch Zusatz überschüssiger Essigsäure verhindert. Der Niederschlag der Ca-Seifen wird nach Durchschütteln filtriert und der Niederschlag durch Kochen mit Salzsäure zersetzt. Anwesenheit von Fettsäuren oder freier H.SO, beweist die Anwesenheit von Seifen oder sulfonierten Ölen. Entsteht mit Ca-Acetat kein Niederschlag, dann sind weder Seifen noch sulfo nierte Öle im Waschmittel zugegen. Das Filtrat wird eingeengt auf Y2 Vol. und mit überschüssigem Pb-Acetat versetzt. Der Niederschlag besteht aus Pb-Salzen sulfo nierter Alkohole und den Pb-Verbindungen hochsulfonierter Öle. Der Niederschlag wird nach Waschen usw. mit Salzsäure 1 Std schwach gekocht und die aufschwim mende Schicht nach Auswaschen mit Natronlauge behandelt. Bildung von Seifen beweist Gegenwart von Fettsäuren aus sulfonierten Ölen. Findet keine Seifenbildung statt, so liegen Fettalkohole vor. Reagiert die Masse nach Trocknen mit Na unter Entwicklung von HB, 80 ist die Gegenwart von Fettalkoholen bewiesen. Reagiert die Masse mit Natronlauge und mit Na, 80 lagen sowohl sulfonierte Öle wie Fettalkohole vor. Das Filtrat nach Trennung der sulfonierten Fettalkohole und Öle wird mit Ba + Acetat Essigsäure behandelt; das gebildete BaSO, setzt sich im Scheidetrichter unten ab, während die Ba-Verbb. der Igeponkondensationsprodd. sich oben über der Fl. ansammeln. Sie werden mit Salzsäure gekocht; Gegenwart von H.SO, und Stickstoff (mit Natronlauge) beweist das Vorliegen von Igepon T; konnte die Sulfo säure, aber kein Stickstoff nachgewiesen werden, so liegt Igepon A vor. Sind weder Sulfosäure noch Stickstoff nachweisbar, 80 lagen Lamepone vor, welche im ur sprünglichen Muster durch die Biuretrk. nachgewiesen werden." K. LINSENlIIEIER8 teilt in 8 Gruppen und verfährt nach dem Schema': 1. Die Substanz wird in 1 ml desto Wasser gelöst und mit 3 ml5%iger Essigsäure kurz aufgekocht. 2. Die gleiche Substanzmenge (also 1 Prise oder 3 Tropfen) wird nach Auflösen in 1 ml desto Wasser mit 10 ml CaCIB-Lösung von 20° D.H. kurz aufgekocht. zer8etzt: unzer8etzt: (bzw. Fällung) III. Hochsulfonierte Öle. VI. Fettsäurekondensate. I. Seifen. IV. Naphtalinsulfosäuren. VII. Eiweißfettsäurekonden H. Sulfonierte Öle. V. Fettalkoholsulfonate. sate. VIII. Äthylenoxydkondensate. 1 Chem. Obzer 11, 155 (1936); vgl. Chem. Zbl. 108, I, 1833 (1937). 2 der heißen verdünnten Lösung (ergänzt durch den Verf.). 8 LINSENMEIER, K.: Melliand Textilber. 21, 468 (1940). 4 Dazu spezielle Reaktionen: Netzprüfung, Alkalischmelze, Veraschung und Prüfung mit neutraler KMnO,-Lösung. Systematik und qua.litative Untersuchung capillaraktiver Substanzen. 107 Untergruppe a Je eine Prise oder 3 Tropfen in 3 ml Wasser lösen und kalt Getrocknete Sub· 1 Tropfen konz. Salzsäure zusetzen. stanz in konz. Alko- hol lösen, nach Fil- starke Trübung: unzersetzt: trieren eindampfen III. Hochsulfonier- IV. Naphtalinsulfo- VI. Fettsäurekon- u. veraschen. nur II te Öle. säuren. densate. gibt Asche mit SO.- VII. Eiweißfettsäu- V. Fettalkoholsul· VIII. Äthylenoxyd- Reaktion. rekondensate. fonate. kondensate. Untergruppe b Eine Prise oder 3 Tropfen der urspr. Sub- Nur VII gibt Biuret- stanz in 2 ml desto Wasser lösen, mit 5 ml reaktion. konz. Salzsäure versetzen U. dreimal kurz. aufkochen, dazwischen jeweils 2-3 min stehen lassen, dann in 10 ml kaltes, dest. Wasser schütten unter Umrühren. starke Trübung: unzersetzt: IV. Naphtalinsulfo- VI. Fettsäurekon· säuren. densate. V. Fettalkoholsul- VIII. Äthylenoxyd- fonate. kondensate. Untergruppe c Untergruppe d Nur IV gibt mit Nur VI gibt N-Nach CuS0 Fällung. weis nachLASSAIG NE; 4 ferner in Alkohol ge- löst U. verascht weis sen Rückstand mit S04-Nachweis. VIII gibt keine Asche. Ein sehr umfangreiches Untersuchungsschema gibt J. A. VAN DER. HOEVE1• Er diskutiert die Arbeiten von JOHN H. SKINKLE2, der Salz säure und Natronlauge als Reagenzien zur Unterscheidung zwischen anion- und kationaktiven Verbindungen vorschlug, und von HERMANN B. GOLDSTEIN3, der als Ergänzung noch eine elektrische Methode empfahl. Wir bringen sie als Anmerkung 4, weil sie vielleicht zum raschen Nachweis von Anion-Kationverbindungen geeignet ist. Wir stimmen VAN DER HOEVE in seiner Kritik der bisher veröffentlichten Vor- schläge zu. Sie sind nicht universell genug und geben deshalb zu Irrtümern Anlaß~ 1 Rec. Trav. chim. Pays-Bas, 67,649 (1948). 2 Amer. Dyestuff Reptr. 35, 449 (1946). 3 Amer. Dyestuff Reptr. 36, 629 (1947). 4, Die 5%ige wäßrige Lösung der Probe wird geprüft durch Einbringen von zwei Kupferstreifen in dieselbe, die mit den Polen einer 45 Volt-Gleich stromquelle verbunden sind. Sammelt sich organische Substanz (erkennbar am schleimigen oder seifigen Gefühl) an der Anode, so ist die Substanz als anionisch anzusprechen; sammelt sie sich an der Kathode, so ist kationische Substanz vorhanden. 8* 108 BERNHABD WURZSOHMITT: Zum Teil fehlen wichtige Gruppen von in den letzten Jahren sehr bedeutsam ge wordenen Stoffen, wie z. B. die "Mersolate" und die Alkylolaminkondensate. V AN DER HOEVE stellt zunächst von einer capillaraktiven Substanz unbekannter Konstitution fest, ob sie kation- bzw. anionaktiv oder nicht ionogen ist. Außerdem prüft er auf den Stickstoffg ehalt, wobei er Verbindungen, die Stickstoff lediglich als Ammoniumkation enthalten, zu den stickstofffreien Verbindungen zählt. Demgemäß ergeben sich 6 Gruppen mit speziellen Untersuchungsgängen. Es erscheint uns wichtig darauf hinzuweisen, daß sich in diesen Untersuchungsgängen zahlreiche Kreuzungspunkte befinden, an denen positive oder negative Reaktion beobachtet wird. Ist die Reaktion negativ, ist sie eindeutig. Ist sie aber positiv, dann können neben Verbindungen der positiven Abzweigung jeweils auch noch solche der negativen Abzweigung vorhanden sein, die dann übersehen werden. Viele Teste der VAN DER HOEvEschen Methode erfordern relativ lange Zeit und viel Handarbeit; manche sind schon fast quantitative Titrationen. Wir bemühten uns deshalb den UntersuchUJlgsgang rein qualitativ, eiufach und schnell ausführbar zu gestalten und für möglichst viele Verbindungstypen direkte Nachweisreaktionen zu finden, die durch die Gegenwart anderer Typen nicht gestört werden. Um durch die Anwesenheit von anorganischen Salzen (Sulfaten, Phos phaten, Carbonaten, Silicaten usw.) von Sauerstoffperverbindungen, Tylose usw. nicht gestört zu werden, verwenden wir als Untersuchungs objekt nicht die handelsübliche Form der capillaraktiven Substanz, also z. B. nicht das Waschpulver, wie es die Hausfrau im Laden kauft. Die Probe wird zunächst bei 100-1300 C getrocknet und dann mit wasser freien Alkoholen (in der Regel Methanol, manchmal auch Äthanol oder Isoamylalkohol oder Gemische dieser Alkohole mit Chlorkohlenwasser stoffen) quantitativ extrahiert. Der Extrakt wird, wenn erforderlich, mit Natronlauge gegen Phenolphthalein neutral gestellt (Tüpfeln gegen Phenolphthaleinpapier, keinen Indicator in die Lösung geben) und das Lösungsmittel restlos abgedampft (Nachtrocknen im Trockenschrank bei 100-1300 C). Außer der capillaraktiven Substanz (eventuell ein Ge misch verschiedener Stoffklassen), kann der Extraktionsrückstand noch kleine Mengen Natriumchlorid und eventuell Harnstoffl enthalten, wenn diese in der ursprünglichen Probe vorhanden waren. In diesen verein zelten Fällen, deren Vorliegen für den Praktiker unschwer zu erkennen ist, ist es erforderlich, höhersiedende Lösungsmittel eventuell im Vakuum zu entfernen oder zweckmäßig die capillaraktiven Stoffe der wäßrigen Lösung nach ihrer Sättigung mit Natriumsulfat oder Kochsalz durch Ausschütteln mit Äther zu entziehen. Von anderer Seite wird folgende Arbeitsweise empfohlen: Die Substanzen werden nicht getrocknet, sondern sogar zuerst in Wasser gelöst und dann mit Alkohol aus gefällt. Nach dem Abfiltrieren der ausgefallenen anorganischen Salze wird die wäßrig -alkoholische Lösung - eventuell neutralisiert - zur Trockne gedampft und nun mit Alkohol erschöpfend extrahiert. So ist nach unseren Erfahrungen nur zu verfahren, wenn die Substanz keine Sauerstoffperverbindungen enthält, die während 1 Bzw. Na-Salze von Monocarbonsäuren. Systematik und qualitative Untersuchung capillaraktiver Substanzen. 109 des Eindampfens der wäßrig-alkoholischen Lösung die capillaraktiven Stoffe unter Umständen schon weitgehend verändern. Von dem auf diese Weise gewonnenen Extraktrückstand stellen wir uns jeweils eine I %ige wäßrige und eine 2%ige methanolische Lösung her, wobei man schon aus der Beschaffenheit der Lösungen gewisse Schlüsse auf die Natur der capillaraktiven Substanzen ziehen kann. So reagieren z. B. die wäßrigen Lösungen von Seifen meist, die von Alkylolamin derivaten gelegentlich gegen Phenolphthalein alkalisch. Die Lösungen von Seifen, niedrig- und mittelsulfierten Türkischrotölen, Fettsäure kondensationsprodukten mit Oxyalkylsulfosäuren, Aminocarbonsäuren und Eiweißabbauprodukten, niedrig oxäthylierten Produkten mit langem hydrophobem Rest usw. in Wasser sind oft trüb, während Alkylarylsul fonate, "Mersolate", Kondensationsprodukte von Fettsäuren mit Amino alkylsulfosäuren und hoch oxäthylierte Produkte vollkommen klare Lösungen ergeben. Zum Nachweis der Anionaktivität benützt VAN DER HOEVE "Solidogen BSE"l. Wir konnten seine Eignung bestätigen, fanden aber, daß auch ternäre und quarternäre kationaktive Verbin dungen2, wie z. B. "Eulan NKFW"3 und "Zephirol"4 genau so gut brauchbar sind. Auch Pyridinium- sowie andere kationaktive Stoffe, z. B. "Levogen WW" geben die gleiche Reaktion 5. Interessant ist - VAN DER HOEVE berichtet darüber nichts --, daß in den meisten Fällen sich der zuerst an der Eintropfstelle auftretende Niederschlag wieder löst, daß dann allmählich ein Maximum der Ausfällung auftritt, dem bei weiterer Reagenszugabe eine mehr oder minder vollständige Auf lösung des Niederschlags folgt. Das heißt, daß die dabei entstehenden Anion-Kation-Fällungen sowohl in der Lösung eines anion- als auch eines kationaktiven Salzes löslich sind. Diese Löslichkeit hängt, wie wir fanden, sehr stark von der Konstitution der beiden Bestandteile der Anion-Kation-Verbindung6 ab, so daß man dar an denken kann, darauf Methoden zur Konstitutionsermittlung, sowie zur Gehaltsbestimmung zu gründen. Wir werden demnächst darüber berichten. Den Reaktionsverlauf kann man in der Weise darstellen, daß das große Kation (Z = Zentralatom) der kationaktiven Verbindung mit dem gro ßen Anion der anionaktiven Verbindung zu einer wasserunlöslichen Kation-Anion-Verbindung zusammentreten und ausfallen nach der Glei chung: 1 Farbwerke Casella, Mainkur. 2 Nach Abschluß unserer Arbeiten fanden wir (Seifen-Öle-Fette-Wachse, 70, 305 [1949]) eine Mitteilung von Dr. N., daß anionaktive Stoffe mit quarternären Ammoniumsalzen unter stöchiometrischen Verhältnissen reagieren. 3 Farbenfabriken Bayer, Leverkusen. 4 Farbenfabriken Bayer, Leverkusen u. BASF, Ludwigshafen a. Rh. 5 Auch Diazoniumsalze gehören zu den kationaktiven Verbindungen. 8 Und auch von der der lösenden Verbindung. 110 BERNHARD WURZSCHMITT: + [X R-Zr· Säurerest! RI-Säurerest;· Me+= + [X R-Z] - Säurerest 2 -RI Säureresti· Me+ Wir fanden weiter, daß auch, Luresin" 1 ebenfalls mit allen anionaktiven, nicht dagegen mit den kationaktiven und nicht ionogenen Verbindungen Fällungen ergibt 2. Dieser für die experimentell bewiesene und analytisch ausnutzbare gegenseitige Ausfällung anion- bzw. kationcapillaraktiver Verbindungen angenommene Reaktionsverlauf erinnert daran, daß auch Diarylmethan-, Triarylmethan-, Xanthen-, Acridin-, Chinolin-, Chinonimin-, Azin- und Thiazinfarbstoffe mit den charakteristischen Atomgruppierungen : R R R I I I I b. I RI = N· Säurerest Ra = Säurerest RI = S . Säurerest I Ra anionaktiven Farbstoffen gegenüber kationaktiv wirken. Umgekehrt werden sich -SOaNa bzw. -C0 Na-Gruppen tragende Farbstoffe, also in 2 der Hauptsache alle entsprechenden Azofarbstoffe einschließlich der Stilben-, Pyrazolon-, Chinolin-und Thiazolfarbstoffe kationaktiven Farb stoffen gegenüber anionaktiv verhalten, d. h. sie müßten sich in wäß riger Lösung gegenseitig ausfällen. Das trifft auch in weitestem Umfange zu. Als Beispiele seien genannt die Paare Erythrosin J, Tartrazin, Naphtholschwarz B, Thiazinrot R, Naphtholgrün B, Alizarindirektblau AU G und Palatinechtbraun NC einerseits und Auramin andererseits. Weiter Naphtholgelb SXX, Chlorantinlichtbraun BRLL, Chrysoin SGX, Cochenillerot A und Chinolingelb 0 mit Krystallviolett, Kongorot und Primulin A mit Methylenblau, Thiazinrot B mit Brillantgrün, Chikago blau B und Palatinechtbraun NC mit Pyronin, Naphtholschwarz B mit Pinakryptolgrün, Erythrosin J und Kongorot mit Safranin T und schließ lich Naphtholgrün B mit Malachitgrün (in 5%iger bzw. gesättigter wäß riger Lösung). Auch hier wird das große Kation der basischen durch das große Anion der sauren Farbstoffe blockiert und ein unlöslicher Anion Kation-Farbstoff ausgefällt3• Für das Paar Metanilgelb-Malachitgrün sei die Reaktionsgleichung hier angeführt: 1 BASF. Ludwigshafen a. Rh. 2 Dasselbe gilt von Nitron in essigsaurer Lösung, Leukotrop 0 u. W (Dimethyl phenylbenzylammoniumchlorid) und Antistin der ClBA (Antiallergicum, 2-Phenyl benzylaminomethylimidazolinhydrochlor.). 3 Von dieser Eigenschaft macht man gelegentlich bei der Herstellung gebrochener Mischfarblackstoffe Gebrauch. Vgl. ULLMANN: Enzyklopädie der techno Chemie, 2. Aufl., V, 90. Berlin-Wien: Urban u. Schwarzenberg 1930. Systematik und qualitative Untersuchung capillaraktiver Substanzen. III und ihr zum Vergleich das Paar "Zephirol"-"Nekal" gegenübergestellt:1 Großes Kation Großes Anion CH CH 0-00= a a "'/ - + + - ß Rl Langes Alkyl-N+-CI Na ·O-S Ra = I ---.- e5' U 0 "Zephirol" "Nekai" (w asserlöslich) (wasserlöslich) Unlöslicher Anion.Kation.Niederschlag CH CH 0-00 a a = Langes Alkyl"-N' /- 0 - S11 RR 1 + N+a + -Cl l i l a 0 0 Die Ausfällung der unlöslichen Anion.Kation.Komplexe erfolgt meist in so glatter und quantitativer Weise, daß man die Farbstoffpaare 1 Vgl. REYCHLER u. H. BERTSCH, die Triäthylcetylammoniumcetylsulfat, Lau rylpyridiniumlaurat und Laurylpyridiniumlaurylsulfat beschreiben. Angew. Chem. 48,53 (1935) und ebenda 47,424 (1934). 112 BERNHARD WURZSCHMITT: gegenseitig bis zum praktisch farblosen Auslauf auf Filtrierpapier titrieren kann. G. SCHWEN1 unterscheidet bei der Beeinflussung der Egalität einer Färbung und der Durchfärbung eines Gewebes durch Textilhilfsmittel faseraffine und farbstoffaffine Egalisiermittel. Als faseraffin bezeichnet er z. B. "Igepon T", "Leonil S", Palmitinsulfosäure und Fettalkoholsul fonate ; als farbstoffaffin Fettalkoholäthylenoxydkondensationsprodukte. Die Tatsache, daß es farbstoffaffine Textilhilfsmittel gibt, legte uns den Gedanken nahe, zu versuchen, ob man bei der qualitativen und quantita tiven Analyse von Textilhilfsmitteln nicht auch geeignete organische Farbstoffe heranziehen kann. Wir fanden, daß dies in der Tat der Fall ist 2 In vollkommener Analogie mit der gegenseitigen Ausfallung von anion und kationcapillaraktiven Substanzen und von basischen und sauren Farbstoffen, werden auch anion-capillaraktive Stoffe durch basische und kation-capillaraktive Stoffe durch saure Farbstoffe gefällt, wie die nach folgende Tabelle zeigt: FällJJarkeit von kation-capillaraktiven Verbindungen durch anionaktive (saure) und von anion-capillaraktiven Verbindungen durch kationaktive (basische) Farbstoffe. Es wird gefällt "Eulan NKFW" ...... , .... '" .. z. B. durch Chlorantinlichtbraun BRLL Palatinechtbraun NC " Naphtholgrün B Alizarindirektblau AIIG "Solidogen BSE" ............... . Naphtholgelb SXX UraninA " Chikagoblau B "Zephirol" .................... . Naphtholgrün B Palatinechtbraun NC Naphtholschwsrz B "Levogen WW" ................ . Naphtholgelb SXX " Primulin A " Erythrosin J "Peregal OK·Base" ............. . Pslatinechtbraun NC PrimulinA 1 Monatshefte f. Seide, Kunstseide u. Zellwolle 43, 360 (1938). Vor ihm tat das schon C. SCHÖLLER: Melliand Textilber. 15, 357 (1934) u. 18, 234 (1937). Vgl. auch E. VALKO: Osterr. Chem. Ztg. 40, 465 (1937). (Arbeiten aus den Forschungs laboratorien der früheren 1G. Farbenindustrie BASF LudwigshafenjRh). B Nachträglich wurde uns bekannt, daß A. HARTMANN (interner Laborbericht BASF LudwigshafenjRh. vom 23. Juni 1943) schon Siriusrot 4B zur Titration von "Soromin FL" bis zum Koagulationspunkt benutzt hat. S. R. EPTON: Nature 160, 795 (1947) titriert anioncapillaraktive Stoffe mit quarternären Ammoniumverbindungen unter Schütteln mit Chloroform und Methylenblau als Indicator.

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